prosdo.ru
добавить свой файл
1
13.Сочетания нагрузок при расчетах конструкций.


Все нагрузки были классифицированы в зависимости от вероятности их воздействия на нормативные и расчётные. По длительности воздействия нагрузки делятся на постоянные и временные. Последние, в свою очередь ,могут быль длительными и кратковременными.

Также подразделяются особые нагрузки (сейсмические воздействия, взрывные воздействия ит.д.)

Сочетания нагрузок и воздействий должны приниматься в наиболее невыгодных комбинациях для отдельных элементов и всего сооружения. Основные сочетания нагрузок для зданий и промышленных сооружений состоят из собственного веса конструкций, полезных нагрузок, снеговых нагрузок, нагрузок от рабочих кранов. Дополнительные сочетания нагрузок состоят из нагрузок, входящих в основные сочетания, с добавлением нагрузок от ветра, монтажных кранов или воздействия температуры. Особые сочетания нагрузок состоят из особого воздействия (например, сейсмической нагрузки), собственного веса конструкций, полезных нагрузок и ветра. При этом учитывается воздействие только одного из всех действующих кранов при одновременной нагрузке от ветра. При расчетах с учетом дополнительных или особых сочетаний нагрузок величины расчетных нагрузок, кроме собственного веса, умножаются на коэффициент, равный: при учете дополнительных сочетаний — 0,9; при учете особых сочетаний — 0,8.В том случае, когда в дополнительные и особые сочетания нагрузок входит полезная нагрузка от веса стационарного оборудования (включая все теплоизоляции и заполнения), эта нагрузка на понижающие коэффициенты сочетаний (0,9 и 0,8) не умножается. Полезная нагрузка при расчете колонн, стен и фундаментов жилых и общественных зданий, за исключением учебных заведений и театров, должна приниматься равной:

14. Расчёт местной прочности стенки балки

 

В отличие от пояса в стенке балки могут действовать все три вида напряжений ( ): нормальные, касательные и местные (от сосредоточенных нагрузок), причем одновременно (рис. 9.3). Кроме того, нормальные напряжения в стенке  балок в разных местах по высоте имеют разную  величину: от близкой к расчетным сопротивлениям вблизи поясов до нуля на уровне центра тяжести сечения. Поэтому обеспечивать местную устойчивость стенки, увеличивая ее толщину, нерационально: в зоне нейтральной оси  прочность стали будет использоваться плохо. Для обеспечения местной устойчивости стенки в составных балках применяются ребра жесткости, в первую очередь основные поперечные.


 



 

Рис. 9.3. Схема напряженного состояния и потери местной устойчивости стенки

 

Расчет на устойчивость стенок балок симметричного сечения, укрепленных только основными поперечными ребрами жесткости, при отсутствии местного напряжения ( ) выполняется по формуле

,

где ,  – действующие напряжения;  и  – момент и поперечная сила в середине реального или фиктивного отсека (если длина отсека больше высоты – в середине квадратного отсека, в наиболее напряженной части реального отсека).

Соответствующие критические напряжения

,

 принимается по [1, табл. 21] в зависимости от ,

где  определяется по [1, табл. 22];  – отношение большего размера отсека стенки к меньшему;  – меньшая из сторон отсека ( или );

 – расстояние между ребрами жесткости.

Условные гибкости стенки и отсека

,   

Расчет на устойчивость стенок таких же балок при наличии  местного напряжения  выполняется по формуле

,

где   – действующее местное напряжение в стенке.

Если     ,      ,      ,

 

то  принимается по [1, табл. 23] в зависимости от  и .

Вышеприведенные формулы для проверки местной устойчивости относятся к сварным балкам, работающим в упругой стадии и при приложении мест­ной нагрузки к сжатому поясу.

Основную роль в потере местной устойчивости стенки играют касательные напряжения. Стенки следует укреплять при наличии местного напряжения и двусторонних поясных швов поперечными ребрами не реже чем через . Тогда ,  и критические напряжения  по условию прочности должны быть больше соответствующих расчетных сопротивлений:  после сокращений и вычислений получаем, что при  можно не рассчитывать стенку на устойчивость при  и при двусторонних швах [1, пп. 7.3 и 7.10], так как меньшая из сторон отсека в данном случае


Аналогично, при , можно не рассчитывать стенку на устойчивость при  и  односторонних швах, а при  можно не рассчитывать стенку на устойчивость при  и при двусторонних швах и .

Но могут ли существовать балки вообще без ребер жесткости? Да, соотношение пролета и высоты балки 10 и более. Тогда , . Пренебрегая величиной  имеем ,  при отсутствии подвижной нагрузки. Поэтому расстояния между основными поперечными ребрами жесткости не должно превышать  при  и  при .

Основные поперечные ребра жесткости могут быть парными (устанавливаются с двух сторон стенки) и односторонними. В сварных балках парные ребра жесткости обычно выполняются из полос шириной  мм,  для односторонних –  мм. Толщина ребра должна быть не менее .  Можно применять для  поперечных ребер жесткости одиночные уголки, приваренные  к стенке пером или полкой. Последнее решение  применяется при прикреплении к  ребру балок,  передающих значительную опорную реакцию.


 Для пропуска поясных швов в поперечных ребрах делаются треугольные окна с катетами 40 мм. 

15 Генеральные размеры ферм. Типы решеток ферм


Определение пролета ферм. Пролет или длина ферм в большинстве случаев определяются эксплуатационными требованиями и общекомпоновочным решением сооружения и не могут быть рекомендованы по усмотрению конструктора.

Пролеты стропильных ферм, мостовых кранов, гидротехнических затворов и т. п. определяются технологической или архитектурной схемой сооружения и уточняются в зависимости от типа сопряжений с соседними элементами.

Так, при свободном опирании ферм покрытий на опоры (колонны) сверху расчетный пролет фермы l0 (расстояние между осями опорных частей) в качестве первого приближения может быть принят равным:

для разрезных ферм - расстоянию между внутренними четвертями ширины опор, т. е.



При примыкании ферм к металлическим колоннам сбоку расчетный пролет фермы принимается равным расстоянию между колоннами в свету на отметке примыкания ферм.

В случаях, когда пролет конструкции не диктуется технологическими требованиями (например, эстакады, поддерживающие трубопроводы и т. п.), он должен назначаться на основе экономических соображений с тем, чтобы суммарная стоимость ферм и опор была наименьшей.

Определение высоты треугольных ферм. В треугольных фермах высота является функцией пролета и уклона кровли, которые зависят от материала кровли. Обычно треугольные фермы проектируют под кровли, требующие значительных уклонов (25-45°), что дает высоту ферм h=(1/4?1/2) l.

Высота треугольных ферм, как правило, бывает выше требуемой из условия наименьшей массы фермы, поэтому по расходу стали треугольные фермы неэкономичны. Высоту фермы посередине пролета можно уменьшить, придав нижнему поясу приподнятое очертание. Опорный узел при этом не должен быть слишком острым.


Определение оптимальной высоты трапецеидальных ферм и ферм с параллельными поясами. Если нет конструктивных ограничений, высота ферм может быть принята из условия наименьшего веса фермы, т. е. по экономическим соображениям. Вес фермы складывается из веса поясов и веса решетки. Вес поясов уменьшается с увеличением высоты фермы, так как усилие в поясах обратно пропорционально высоте NП=M/h.

Обычно для ферм с параллельными поясами или близких к ним ферм трапецеидального очертания высоту принимают несколько меньше, чем это следует по формулам (9.9), т. е. 1/7 - 1/9 пролета, причем для легких ферм принимают меньшие значения, для тяжелых - большие. Для самых легких ферм (прутковые прогоны) применяют еще меньшие высоты. Отклонение от оптимальной высоты вызывается требованиями транспортировки, монтажа, унификации, целесообразностью уменьшения объема здания и другими соображениями. Фермы, перевозимые целиком по железной дороге, или их отправочные элементы по условиям провозного габарита не должны превышать по высоте 3,85 м между крайними точками выступающих элементов. В фермах трапецеидального очертания помимо высоты посередине пролета необходимо установить высоту на опоре. Высота опорной стойки стропильных ферм зависит от высоты фермы в пролете и уклона кровли. Обычно при уклонах 1/12-1/8 она получается в пределах от 1/15 до 1/10 пролета, что конструктивно вполне приемлемо.

Определение высоты ферм us условий жесткости. Наименьшая возможная высота фермы определяется допустимым прогибом. В обычных кровельных покрытиях жесткость ферм значительно превосходит требования, предъявляемые условиями эксплуатации. В конструкциях, работающих на подвижную нагрузку (стропильные фермы при подвесном транспорте, фермы подкрановых эстакад, мостовых кранов и т. д.), требования жесткости часто являются настолько высокими (f/l=1/750-1/1000), что они определяют высоту ферм. Иногда бывает необходимо установить высоту ферм из условия жесткости при изготовлении их из высокопрочной стали или алюминиевых сплавов.


Построение этой диаграммы целесообразно в тех случаях, когда нужно получить линию прогиба нижнего или верхнего пояса фермы.

По формуле Мора можно получить для ферм с параллельными поясами при среднем значении аргументов формулу отношения наименьшей высоты к пролету, аналогичную соответствующей формуле (7.20) для сплошных балок в функции предельного относительного прогиба фермы:



в которой второй член в скобках выражает влияние решетки.

Системы решеток ферм и их характеристика


От системы решетки зависят вес фермы, трудоемкость ее изготовления, внешний вид. Решетка должна соответствовать схеме приложения нагрузок, поскольку нагрузки во избежание местного изгиба пояса передаются, как правило, на ферму в узлах.

Треугольная система решетки. В фермах трапецеидального очертания или с параллельными поясами весьма эффективной является треугольная система решетки, дающая наименьшую суммарную длину решетки и наименьшее число узлов при кратчайшем пути усилия от места приложения нагрузки до опоры. В фермах, поддерживающих прогоны кровли или балки настила, к треугольной решетке часто добавляются дополнительные стойки, а иногда и подвески, позволяющие уменьшать, когда это необходимо, расстояния между узлами фермы. Дополнительные стойки целесообразны также для уменьшения расчетной длины сжатого пояса. Дополнительные стойки и подвески получаются весьма легкими, так как они работают только на местную нагрузку и не участвуют в передаче на опору поперечной силы.

Решетка ферм работает на поперечную силу, выполняя функции стенки сплошной балки.

В фермах треугольного очертания также возможна треугольная система решетки. Общим недостатком треугольной системы решетки является наличие сжатых длинных раскосов, восходящих в фермах с параллельными поясами и нисходящих в треугольных фермах.

Раскосная система решетки. При ее проектировании нужно стремиться, чтобы наиболее длинные элементы - раскосы - были растянутыми, а стойки - сжатыми. Это требование удовлетворяется при нисходящих раскосах в фермах с параллельными поясами и восходящих - в треугольных фермах. Однако в треугольных фермах восходящие раскосы образуют неудобные для конструирования узлы и имеют большую длину, так как идут по большей диагонали. Поэтому в. треугольных фермах более приемлемы нисходящие раскосы; хотя они получаются сжатыми, но зато их длина меньше и узлы фермы более компактны. Применять раскосные решетки целесообразно при малой высоте ферм, а также тогда, когда по стойкам передаются большие усилия (при большой узловой нагрузке).


Раскосная решетка более трудоемка чем треугольная, и требует большего расхода материала, так как при равном числе панелей в ферме общая длина раскоской решетки больше ив ней больше узлов. Путь усилия от узла, к которому приложена нагрузка, до опоры в раскоской решетке длиннее, он идет через все стержни решетки и узлы.

Специальные системы решеток. При большой высоте ферм (примерно 4-5 м) и рациональном угле наклона раскосов (примерно 35-45°) панели могут получаться чрезмерно большими, неудобными для расположения кровельных прогонов и других элементов. Если давления прогонов небольшие, то можно допустить местный изгиб пояса, расположив прогоны на поясе между узлами.

Однако при больших давлениях такое решение нерационально. Чтобы уменьшить размер панели, сохранив нормальный угол наклона раскосов, применяют шпренгельную решетку. Устройство шпренгельной решетки более трудоемко и иногда требует дополнительного расхода металла; однако такая решетка дает возможность получить рациональное расстояние между элементами поперечной конструкции при рациональном угле наклона раскосов, а также уменьшить расчетную длину сжатых стержней. Так, применение шпренгельной решетки в высоких башнях уменьшает расчетную длину сжатых поясов и тем самым позволяет снизить общий вес конструкции. В стропильных фермах шпренгельная решетка позволяет сохранить нормальное расстояние между прогонами, удобное для поддержания элементов кровли (2-3 м), или же создать промежуточный узел для опирания крупнопанельного настила.

Шпренгельную решетку особого вида имеет треугольная ферма. Эта система применяется при крутых кровлях и сравнительно больших для треугольных ферм пролетах . Она может быть расчленена на две полуфермы, связанные затяжкой. Стержни решетки и панели поясов такой системы имеют небольшую длину, конструирование узлов упрощается. Приподнятая затяжка увеличивает полезную высоту помещения. Образующие систему жесткие полуфермы и затяжка изготовляются на заводе; на место возведения их доставляют в виде трех отправочных элементов.


В фермах, работающих на двустороннюю нагрузку, как правило, устраивают крестовую решетку. К таким фермам относятся горизонтальные связевые фермы покрытий производственных зданий, мостов и других конструкций, вертикальные фермы башен, мачт и высоких зданий. Весьма часто крестовую решетку проектируют из гибких стержней. В этом случае под действием нагрузки работают только растянутые раскосы; сжатые же раскосы вследствие своей большой гибкости выключаются из работы и в расчетную схему не входят.

С выпуском промышленностью широкополочных тавров с параллельными гранями полок разработаны стропильные фермы с поясами из тавров и крестовой решеткой из одиночных уголков. Такие фермы экономичнее по расходу металла и стоимости по сравнению с типовыми фермами со стержнями из парных уголков.

Ромбическая и полу рас косная решетки благодаря двум системам раскосов также обладают большой жесткостью; эти системы применяются в мостах, башнях, мачтах, связях для уменьшения расчетной длины стержней и особенно рациональны при работе конструкций на большие поперечные силы.

16. Нормативные и расчетные сопротивления.

А. Нормативные сопротивления.

Основными характеристиками сопротивления материалов силовым воздействиям являются нормативные сопротивления Rтн Rвн устанавливаемые нормами проектирования строительных конструкций.

Механические свойства материалов изменчивы, поэтому нормативные сопротивления устанавливают на основе статистической обработки показателей механических свойств материалов, выпускаемых нашей промышленностью. Значения нормативных сопротивлений устанавливают такими, чтобы обеспеченность их составляла не менее 0,95.

Значение нормативного сопротивления стали равно значению контрольной или браковочной характеристики, устанавливаемой соответствующими государственными стандартами и имеет обеспеченность не менее 0,95.

Для углеродистой стали и стали повышенной прочности и алюминиевых сплавов за основную характеристику нормативного сопротивления принято значение предела текучести, поскольку при напряжениях, равных пределу текучести, в растянутых, изгибаемых и других элементах начинают развиваться пластические деформации, а сжатые элементы начинают терять устойчивость. Однако в случае, когда переход материала в пластическое состояние выражен нечетко (нет площадки текучести), как, например, в тросах, или когда значения показателей текучести близко подходят к временному сопротивлению (стали высокой прочности), а также в случаях, когда по характеру работы конструкций несущая способность определяется прочностью, а не пластичностью, за нормативное сопротивление принимают значение временного сопротивления. Таким образом, установлены два вида нормативных сопротивлений - по пределу текучести Rтн и временному сопротивлению Rвн.


Б. Расчетные сопротивления материала.

Расчетные сопротивления материала R и Rв определяют делением нормативного сопротивления на коэффициент надежности по материалу:

        (3.9)

Коэффициент надежности по материалам .Значение механических свойств металлов проверяется на металлургических заводах выборочными испытаниями. Механические свойства металлов контролируют на малых образцах при кратковременном одноосном растяжении, фактически же металл работает длительное время в большеразмерных конструкциях при сложном напряженном состоянии. В прокатных профилях могут быть минусовые допуски. Возможно попадание в конструкции материала со свойствами ниже установленных в ГОСТе. Влияние этих факторов на снижение несущей способности конструкций учитывают коэффициентом надежности по материалам.

Формулы для определения расчетных сопротивлений


Растяжение, сжатие и изгиб:

- по пределу текучести, R:



- по временному сопротивлению, Rв:



Сдвиг, Rср:



Смятие торцевой поверхности (при наличии пригонки), R см.т



Смятие местное в цилиндрических шарнирах (цапфах) при плотном касании:


Диаметральное сжатие катков (при свободном касании в конструкциях с ограниченной подвижностью):




Растяжение в направлении толщины проката, R p.т:



Возможное снижение механических свойств против нормативных значений устанавливается на основе обработки статистических данных заводских испытаний стали, а работа ее в конструкциях на основе исследований.

.